海上油田同心無纜分注工藝技術研究與應用

摘要：為節省平臺作業空間，節約作業成本，提高同心邊測邊調工藝調配效率及精度，加快海上油田注水井智能化進程，提出了一種同心無纜分注工藝技術。該技術無需更換管柱，在同心邊測邊調工作筒中下入無纜智能測調工具，基于無線通訊技術實現對井下數據的實時監測及注水量實時調整，實現雙向通訊。通過不動管柱作業實現了邊測邊調管柱轉換為智能管柱，鋼絲作業即可對無纜智能測調儀進行更換，同時保留原電纜測調方式。該技術在渤海B油田N5井成功現場應用，整井調配誤差不超過5%，取得良好的應用效果，為海上油田注水井智能化轉型提供新的技術選擇。

關鍵詞：同心無纜分注；分層注水；雙向通訊；智能管柱

中圖分類號：TE934.1 " " " " 文獻標志碼：A " " " doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2024.03.009

Research and Application of Concentric Cable less Splitting Injection Technology in Offshore Oilfield

PENG Jiayao，XUE Dedong，WANG liu，LIU Tieming，LIU Chuang，WANG Tongdang

（CNOOC EnerTech-Drillingamp;Production Co.，Tianjin 300452，China）

Abstract： In order to save operating costs and improve the efficiency and accuracy of the concentric edge measurement and adjustment process allocation，a proposal has been made for a concentric cable-free injection process. This process aims to accelerate the intelligent process of offshore oilfield water injection wells while also saving platform operating space. The proposed process does not require the replacement of pipe columns. A cable-free tool for intelligent measurement and adjustment is inserted into the concentric edge measurement and adjustment work cylinder. Real-time monitoring of underground data and adjustment of injection water volume is achieved through wireless communication technology，enabling bidirectional communication. The conversion of measuring while adjusting the string to an intelligent string has been achieved through fixed string operation. The wireline operation enables the replacement of the cableless intelligent tuning instrument while retaining the original cable tuning method. This technology has been successfully applied on-site in Well N5 of Bohai B Oilfield，with a total well allocation error of no more than 5%. The results are promising and provide a new technological option for the intelligent transformation of water injection wells in offshore oilfields.

Key words： concentric cable free injection；stratified water injection；bidirectional communication；intelligent pipe column

渤海油田目前有注水井1 000余口，多為分段防砂完井。隨著老油田開發進入中后期，注采矛盾進一步加劇，“注好水、注夠水、精細注水”成為渤海油田增儲上產、穩油控水的關鍵。目前精細分層注水技術向數字化、自動化和集成化方向發展，實現目的注水層各參數全過程監測和自動調整，達到邊注邊測邊調。同心邊測邊調技術需要鋼絲作業隊伍全程參與，占用平臺井口空間，無法滿足目前海上平臺高效精細注水需求。為提高調配精度、提升調配效率，加速平臺注水智能化進程，對同心測調管柱進行智能化改進。研究了海上油田同心無纜分注工藝，該工藝保留原同心測調注水管柱，利用無纜智能測調儀及無纜地面井口設備，可投撈壓力波碼技術，完成數據的無線傳輸和實時采集，實現智能分注，助力海上油田智能化、數字化發展。

1 同心無纜分注工藝管柱研究

1.1 管柱工藝

同心無纜分注工藝管柱結構在同心邊測邊調管柱的基礎上，由無纜智能測調儀和無纜地面井口設備組成，管柱結構如圖1，具備無纜智能測調注水和邊測邊調注水雙控測試功能。在邊測邊調注水工作筒全開的情況下，利用鋼絲作業下入無纜智能測調儀及地面控制器給井口脈沖發射器發送指令，脈沖發射器依據編碼協議發射信號，信號以壓力脈沖形式傳輸至無纜智能測調儀，后者依據壓力波信號進行水嘴開關或流量壓力信號采集傳輸，實現邊注邊測邊調的目的。

1.2 技術參數

適用于120.65、98.55、82.55 mm防砂完井和套管完井，井斜不超過60°，滿足最大配注量400 m3/d，最大工作壓力60 MPa，最大溫度120 ℃，利用定位臂伸縮特性，可實現任意層段下入和定位。

1.3 工藝特點

1） 配注精度高。注水量控制誤差低于10%，并可按照設定時間自動修正注水誤差。

2） 調配方式簡單，不占用井口空間。僅需一名注水工程師，通過軟件控制發送命令完成調配，無需鋼絲、電纜設備，節省人力及平臺井口空間。

3） 故障更換簡易。可投撈無纜智能測調儀故障后可依據鋼絲作業投撈進行更換，避免修井作業，節省動管柱修井作業開支。

4） 加速注水井智能化進程。無需動管柱作業

即可實現邊測邊調管柱智能化，實現實時監測、調配。

2 同心無纜分注工具研究

2.1 同心無纜分注投撈芯子

由定位臂、高精度流量計、可控水嘴、電機組件、電池、測控主電路組成的智能控制系統，如圖2～3所示。具備控制水嘴開關和測試流量壓力功能，信號傳輸不受井斜影響，可以完成對井下配水器的全關、全開、單步開、單步關、記憶參數、自動配注等功能。

其最大外徑45.8 mm，最大長度1 555 mm，耐溫等級120 ℃，耐壓等級60 MPa，儀器從上部進水，從側面矩形出水口出水，出水口尺寸為20 mm×10 mm，等效直徑約？準16 mm。流量測試范圍為10～80 m3/d及60～400 m3/d。

同心無纜分注投撈芯子依靠集成的智能控制系統完成水嘴開度的調節和信號的雙向傳輸，可解析地面波碼發射器發送的波碼指令，將其轉化為控制信號控制水嘴開度，調節注水量大小。當地面發射讀取地層壓力及流量數據指令后，無纜芯子的控制系統根據井下數據發送指令控制水嘴開度，在井口產生壓力波動信號，實現數據傳輸。

2.2 同心無纜分注投撈地面控制系統研究

同心無纜分注工藝地面設備包括地面控制器、信號發生器及控制軟件，地面控制器可按照控制軟件發送的指令控制信號發生器，以注入水為介質，通過井口信號發生器對注水井井筒內的液體壓力系統進行可控擾動，產生一組附帶地址、動作信息的脈沖指令，以二進制碼形式傳輸至井下。井下無纜智能配水器連續檢測并存儲壓力值并解析波動碼，將壓力信號轉換為控制信號控制水嘴開度，實現井口至井下的命令傳輸以及對注水層注水量的控制。

若要獲取井下實時分層流量信息，由地面控制器發送任務指令，井下智能配水器接到指令后開始上傳數據，在井口產生壓力波動信號，井口控制器將檢測的壓力波動信號解碼，解碼成功后將信息存儲或上傳至服務器，實現井下分層壓力、溫度、流量等數據的傳輸。

2.3 地面壓力波發生裝置

壓力波數據傳輸依賴液體作為傳輸介質，依據波碼配水器通信協議，利用井口脈沖發生器對注水井井筒內的液體壓力系統進行可控擾動，產生一組附帶地址、動作信息的脈沖指令，以二進制碼形式傳輸至井下無纜分注投撈芯子中。井口脈沖發生器包括井口壓力變送器、井口電磁閥以及手動高壓球閥等，如圖4所示。手動高壓球閥可以根據不同井況調節開度大小，在滿足泄壓要求前最大化減少出水量。

向井下工作筒發送指令前，穩定注水30 min以上，以確保井下接收器接收穩定信號。分層調配前首先測試各層吸水指數，采用壓力降落測試法，每層吸水測試測連續測量5個點。根據測得分層吸水數據，確定配注量下井口壓力最高的層A層，發送指令關閉其它層，調節注水量至A層配注量，注水穩定后讀取最大壓力值pmax，全井配注壓力為pmax+Δp，其中Δp取值視摩阻情況，后對其余層位分別進行調配，直至測試數據與配注量滿足要求。調配完成后，穩定注水12 h，觀察地面流量數據與實際配注量誤差，選擇是否進行微調，直至達到配注要求。

3 現場應用

2023-05在渤海B油田N5井成功現場應用，并完成遠程調配試驗，工藝調配數據如表3所示。N5井位于無人平臺，作業前注水工藝為同心邊測邊調注水井，最大井斜56.3°，人工井底2 391.1 m。鋼絲作業通井后，利用電纜測調儀全開工作筒水嘴并進行分層驗封。各層下入無纜測調芯子，利用波碼井口測調控制器向各層發送數據指令同時反饋碼型。該井全井配注量300 m3/d，兩層的配注量分別為200、100 m3/d，井口注入壓力9.2 MPa下，全井實際注入314 m3/d各層注入量分別為212、102 m3/d，全井誤差4.67%，單層調配最大誤差6%，滿足調配精度要求，驗證了同心無纜分注工藝的可行性。實現了利用壓力脈沖信號進行信息雙向傳輸的目的，與同心邊測邊調技術相比，該技術能夠提升調配效率和節約平臺空間等顯著優勢，達到精細注水目的，并具備現場推廣的優勢。

4 結論

1） 同心無纜分注工藝實現了同心邊測邊調工藝智能化控制，測試不占用平臺井口空間，測試和調配一體化，配注精度高，調配方式簡單方便，同時保留原同心邊測邊調方式。

2） 無需動管柱作業即可完成作業，節省作業費用并延長管柱使用壽命，實現無線雙向傳輸，為海上油田注水數字化轉型提供新的技術支持。

3） 無纜智能測調分注工藝適用范圍廣，現場應用效果顯著。目前存在的不足是采用電池供電，電池能量限制其工作周期及傳輸數據頻率，下一步將持續對電池壽命進行優化研究。

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